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A Comparative Study on Concentrations of Indoor and Outdoor Particulate Matters in Elementary Schools

초등학교 실내외 미세먼지 농도 비교 연구

  • Kim, Dae-hyeon (Combined MS/PhD Students, Division of Earth Environmental System Science, Pukyong National University) ;
  • Son, Youn-Suk (Assistant Professor, Dept. of Environmental Engineering, Pukyong National University) ;
  • Lee, Tae-Jung (Research Professor, Dept. of Environmental Science and Engineering, Kyung Hee University) ;
  • Jo, Young Min (Professor, Dept. of Environmental Science and Engineering, Kyung Hee University)
  • 김대현 (부경대학교 지구환경시스템과학부 석·박사과정) ;
  • 손윤석 (부경대학교 환경공학과 조교수) ;
  • 이태정 (경희대학교 환경학 및 환경공학과 학술연구교수) ;
  • 조영민 (경희대학교 환경학 및 환경공학과 정교수)
  • Received : 2020.12.14
  • Accepted : 2020.12.20
  • Published : 2020.12.31
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Abstract

Elementary school students spend a lot of time in a school and are more exposed to indoor air pollution. Also the students are physically growing and have a relatively high respiratory rate per unit weight compared to adults, so it is known that there is a high sensitivity to indoor air pollution. Therefore, indoor air quality in a school is becoming an important factor for the student's health. In this study, a correlation analysis using levels of indoor and outdoor Particulate Matter (PM) measured from five elementary schools in Seoul was performed to evaluate the effect of outdoor PM on indoor PM. PM ratio and indoor/outdoor (I/O) ratio were also analyzed to investigate the actual condition of indoor air quality and effect of outdoor PM on indoor PM. As a result, the correlation between indoor and outdoor PM in elementary school was more significant in PM2.5 and PM1 than PM10. In the case of I/O ratio, the I/O ratio of PM10 was higher than that of 1 in four elementary schools except SD (BB:2.21, NS: 1.67, IS: 1.73, SI: 1.17). This indicates that the activity of students has a great effect on the concentration of indoor PM10.

초등학생들은 학교에서 많은 시간을 보내고 있으며 실내 공기오염에 더 많이 노출된다. 또한 초등학생들은 신체적으로 성장기에 있으며 어른에 비해 단위체중당 호흡량이 많으므로 실내 공기오염에 대한 민감도가 큰 것으로 알려져 있다. 따라서 학교 실내공기질은 초등학생들의 건강을 위한 중요한 요소이다. 본 연구에서는 서울지역 5개 초등학교에서 측정한 실내외 미세먼지 (Particulate matter: PM) 농도를 이용하여 상관분석을 실시하였다. 이를 통해 실외 PM이 실내 PM에 미치는 영향을 평가하였다. 또한 PM ratio, I/O ratio 등과 같은 통계분석을 진행하였다. 그 결과 초등학교의 실내외 PM의 상관성은 PM10보다 PM2.5와 PM1에서 더 유의미하게 나타났다. Indoor/outdoor (I/O) ratio의 경우 PM10에서 SD를 제외한 4개 초등학교에서 모두 1보다 높게 나타났다 (BB: 2.21, NS: 1.67, IS: 1.73, SI: 1.17). 이는 실내 학생의 활동도가 PM10의 농도에 큰 영향을 미친다는 것을 의미한다.

Keywords

요약

초등학생들은 학교에서 많은 시간을 보내고 있으며 실내 공기오염에 더 많이 노출된다. 또한 초등학생들은 신체적으로 성장기에 있으며 어른에 비해 단위체중당 호흡량이 많으므로 실내 공기오염에 대한 민감도가 큰 것으로 알려져 있다. 따라서 학교 실내공기질은 초등학생들의 건강을 위한 중요한 요소이다. 본 연구에서는 서울지역 5개 초등학교에서 측정한 실내외 미세먼지 (Particulate matter: PM) 농도를 이용하여 상관분석을 실시하였다. 이를 통해 실외 PM이 실내 PM에 미치는 영향을 평가하였다. 또한 PM ratio, I/O ratio 등과 같은 통계분석을 진행하였다. 그 결과 초등학교의 실내외 PM의 상관성은 PM10보다 PM2.5와 PM1에서 더 유의미하게 나타났다. Indoor/outdoor (I/O) ratio의 경우 PM10에서 SD를 제외한 4개 초등학교에서 모두 1보다 높게나타났다 (BB: 2.21, NS: 1.67, IS: 1.73, SI: 1.17). 이는 실내 학생의 활동도가 PM10의 농도에 큰 영향을 미친다는것을 의미한다.

1. 서론

최근 사회적 인식의 향상으로 대기오염에 대한 국민들의 관심이 증가하였으며 이에 따라 미세먼지(PM: Particulate Matter)에 관심 또한 증가하였다. 대기오염물질은 크게 가스상 물질과 입자상 물질로 구분되며 입자상 물질은 입자의 직경에 따라 미세먼지(PM10: 공기역학적 직경이 10 µm 이하)와 초미세먼지(PM2.5: 공기 역학적 직경이 2.5 µm 이하)로 분류되어진다.

현대사회는 산업 및 주거환경의 변화로 인하여 실내에서 거주하는 시간이 증가하고 있다(Klepeis et al., 2001). 국내에서 진행된 연구에 따르면 현대인들이 실내에서 보내는 시간은 하루 24시간 중에서 80%에 이르는 것으로 보고되었다(Jeung and Choi, 2007). 또한 사무실에서 근무하는 현대인의 경우 하루의 97%에 해당하는 23시간 12분을 실내에서 보내는 것으로 조사되었다(Sin and Kim, 2017). 대학생 및 연구종사자는 대학건물 및 연구실에서 장시간 생활하고 있으며(Suh et al., 2014), 대학 기숙사의 경우 대학생들이 수면을 취하는 시간동안 실내 공기질에 장시간 노출되므로 실내 공기질의 관리는 매우 중요한 요소이다(Choi et al., 2017). 또한 국내 연구결과에 따르면 국내 10대 청소년 집단의 39.6%는 학교 및 학원 등의 실내 공간에서 하루 대부분의 시간을 보내고 있는 것으로 조사되었으며(Yang et al., 2009), 특히 초등학생의 경우 실내 공간에서 머무르는 시간이 약 22시간(주택실내: 14h + 기타 실내환경: 8h)으로 고등학생 및 대학생(약 21시간)보다 더 긴 것으로 조사되었다 (Yang, 2014). 초등학생의 경우 신체적으로 성장기에 있으며 어른에 비해 상대적으로 단위 체중당 호흡량이 많으므로 실내 공기오염에 대한 민감도가 큰 것으로 알려져 있 다(Park et al., 2018). 또한 실내 공기오염의 경우 오염물질의 농도가 낮은 상태에서도 만성적으로 노출될 수 있 으며(Park et al., 2017) 건물의 밀폐 및 환기부족 난방 등의 여러가지 조건으로 인해 더욱 악화될 수 있다(Oh et al., 2014). 실내 공기질의 악화로 인해 새집증후군(SHS: sick house syndrome), 건물병증후군(SBS: sick building syndrome), 복합화학물질과 민증(MCS: multiple chemical sensitivity)등의 질병들이 발병할 수 있다 (Son, 2020). 또한 건물의 건축 시 사용되는 각종 도료 및 접착제 등에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs), 폼알데하이드 (HCHO) 등의 화학물질은 두통 및 구토, 어지럼증, 천식 등의 증상의 원인으로 알려져 있다(Kim et al., 2008). 또한 미세먼지(Particulate Matter: PM)은 학교 실내에서 가장 위험한 오염물질로 작용할 수 있으며(Choi et al., 2006), PM의 입자직경에 따라 미세입자가 조대입자보다 상대적으로 독성학적 악영향을 더 강하게 미치는 것으로 알려져 있다(Donaldson et al., 1998). 실내공간의 PM10과 PM2.5는 천식 등과 같은 폐질환을 앓고 있는 소아에게 폐기능의 저하를 유발하며(Koenig et al., 2005) 혈관 기능 장애, 혈전증과 같은 심혈관계 질병의 주요 원인으로 알려져 있다(Deng et al., 2019; Choi et al., 2000). 이렇게 학생들이 많은 시간을 실내 공간에서 보내고 있으며, 미세먼지에 의한 실내공기질의 악화는 여러 질병을 유발할 수 있으나 사람마다 그 체감도가 다르므로 대기오염에 비해 그 인식 및 관련 연구가 미흡한 실정이다(Jung et al., 2016; Bae and Ji, 2013). 게다가 현재까지의 대부분의 실 내공기질 관련 연구는 사람들이 오랜 시간 머무르지 않는 다중이용시설에 대하여 주로 수행되어 왔으며(Sim and Kim, 2006), 그마저도 해당 시설에서 실내공기질의 단순 측정에만 집중하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 서울지역 초등학교의 실내외 미세먼지 (PM10, PM2.5, PM1)의 농도를 직접 측정하고 학교별로 비교하여 농도 특성을 알아보았다. 이와 더불어 PM 및 I / O ratio 등의 통계분석을 통해 다양한 실외 미세먼지가 실내 미세먼지에 미치는 영향을 이해하고자 한다. 추가적으로 실내외 미세먼지의 상관분석을 통해 도출된 상관계수(r2)를 평가하여 실내 미세먼지의 거동 특성을 알아보고자 한다.

2. 연구방법

1) 측정장소 및 기간

실내 미세먼지에 실외 미세먼지가 미치는 영향을 평가하기 위하여 서울지역 초등학교의 실내외 미세먼지를 직접 측정하였고, 측정 데이터를 이용하여 시간 범위에 따른 상관분석을 수행하였다. 이를 위해 서울 소재의 5개 초등학교를 선정하였으며, 이를 각각 BB, NS, IS, SD, SI로 명명하였다. 각각의 초등학교들은 동작대 로(Dongjak-daero), 사당대로(Sadang-daero)등의 메인 도로 주위에 인접해 있으며, 이 도로들의 하루 평균 교통량은 각각 89,433대와 99,614대로 서울평균인 10,586대 보다 8배 높다(Seoul Traffic Research, 2019). 또한 주위에 이수 역(IS subway station)과 사당 역(SD subway station) 으로부터 315 m-705 m 범위로 떨어져 있다. 사당 역(SD subway station)의 경우 2개의 호선이 겹쳐지는 환승역이며, 하루 평균 154,000명이 이용하고 있다. 이러한 5개 초등학교의 위치 및 거리는 Fig. 1에 나타냈다. 실내외 미세먼지 데이터는 학교마다 4 - 5일 동안 측정되었고, 이에 대한 구체적인 사항은 Table 1에 제시하였다.

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Fig. 1. The location of five elementary schools in Seoul.

Table 1. Details of the sampling date and sampling conditions

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2) 측정장비 및 제원

본 연구에서는 초등학교의 실내외 미세먼지의 거동에 대해 알아보기 위하여 광산란법을 사용하는 장비들을 이용하여 측정을 진행하였으며, 이를 위해 사용된 측정장비의 구체적인 사양은 Table 2에 제시하였다. 그리 고 측정장비 간의 측정 오차를 최소화하기 위하여 매 현장 측정 전에 동일한 장소에서 장비를 가동시킨 후 측정장비 간의 오차를 보정 한 후 현장 측정을 수행하였다.

Table 2. Specification of measurement instruments

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3) 연구 방법

실험 기간 중 공휴일을 제외하고 모든 학교는 학생들이 등교를 하여 재실자가 존재하였으며, BB에서는 측정기간 동안 비가 내려 실외 측정을 학교 내 복도에서 실시하였다. 실내외 미세먼지의 측정은 11-A (Portable Aerosol Spectrometer, GRIMM Aerosol Technik Ainring, Germany) 1대, 1.108 (Portable Aerosol Spectrometer, GRIMM Aerosol Technik Ainring, Germany) 1대로 총 2대를 사용하였으며 각 측정기기의 제원은 Table 2에 자세히 나타냈다. 학교 실내외 미세먼지는PM10, PM2.5, PM1 등이 측정되었으며 이와 같은 PM들은 교실 내 학생들의 활동도를 반영하기 위하여 1분 단위 측정을 기본으로 하였다. 그러나 상관분석과 같은 통계분석을 수행함에 있어서 1분 단위 데이터를 사용할 경우, 데이터 개수의 차이 및 데이터의 왜곡 등 발생할 수 있음으로 이에 따른 오차를 최소화하기 위하여 1분 단위로 측정되어진 데이터 를 다시 10분 및 60분으로 추가적으로 평균 내어 분석을 수행하였다. 또한 실내외 미세먼지의 거동 특성을 알아보기 위하여 PM ratio 와 I/O ratio 등의 통계분석을 추가적으로 진행하였다. 이때는 1분 단위로 측정되어진 데이터를 그대로 사용하였다. 데이터의 분석은 Excel 프로그램의 함수들을 중첩하여 사용하였으며, 데이터의 전처리에는 매크로 함수를 사용하였다. 이러한 실내외 미세먼지의 데이터에 대한 상관분석 및 PM, I / O ratio 분석을 통해 학교 주변의 미세먼지들이 실내 미세먼지에 미치는 영향을 평가하고자 본연구를 수행하였다.

3. 결과 및 고찰

1) 초등학교의 실내외 미세먼지의 농도비교

Fig.2는 서울지역 5개 초등학교의 실내외 미세먼지들의 평균농도와 표준편차를 나타내고있다. 학교 건물 안에서의 실내공기질 유지-관리기준에 의하면 PM10과 PM2.5의 유지기준은 각각 75 µg/m3, 35 µg/m3로 규정하고 있으며 PM1에 대한 규제는 아직까지 시행되지 않고있다. 초등학교의 실내 미세먼지의 평균 농도는 각각 BB(PM10: 79.1 µg/m3, PM2.5: 23.5 µg/m3, PM1: 14.4 µg/m3),  S(PM10: 65.8 µg/m3, PM2.5: 25.3 µg/m3, PM1: 14.6 µg/m3), IS(PM10: 66.8 µg/m3, PM2.5: 23.9 µg/m3, PM1: 15.9 µg/m3), SD(PM10: 30.5 µg/m3, PM2.5: 9.7 µg/m3, PM1: 6.0 µg/m3), SI(PM10: 58.4 µg/m3, PM2.5: 26.6 µg/m3, PM1: 19.7 µg/m3) 이며 BB의 PM10을 제외하고 모든 학교에서 유지기준을 만족하였다. PM2.5와 PM1의 경우 모든 초등학교에서 실외의 농도가 실내보다 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이는 PM2.5와PM1의 주된 오염원이 실외에 존재한다는 것을 간접적으로 의미한다. 이와 반대로PM10의 경우에는 PM2.5와 PM1와 같은 뚜렷한 경향을 확인할 수 없었으며, 일부학교(BB, NS, IS)에서는 오히려 실내 PM10 의 농도가 실외보다 높게 나타나는 것을 볼수 있다. 이는 PM10은 PM2.5와 PM1과 달리 외부 대기질과 실내에 그 발생원이 모두 존재하지만 실내 발생원의 영향이 더 강하다는 결과로 볼 수 있다. 그러나 이와 같은 결과는 실내 재실자의 활동도, 환기 유무, 공기청정기 가동 유무에 따라 상이할 수 있기 때문에 이와 같은 실내 환경인자를 고려한 추가적인 분석들이 수행되어져야만 신뢰도 높은 결과를 얻을 수 있을 것이다 (Son, 2020).

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Fig. 2. Comparison of means and standard deviations of PM.

2) 초등학교 실내외 미세먼지의 PMratio, I/Oratio

5개 학교에서 1분 단위로 측정된 실내외 미세먼지의 데이터를 통해 PM2.5/PM10, PM1/PM10, PM1/PM2.5 ratio와 I / O ratio(PM10, PM2.5, PM1)를 산출하여 분석을 수행 하였으며, 그 결과를 Table3에 제시하였다. Table3에 제시된 바와 같이 5개 초등학교 모두 실외의 PM ratio (PM2.5/PM10, PM1/PM10, PM1/PM2.5 ratio)가 실내의 PM ratio보다 높게 나타난 것을 알 수 있다(BB: PM2.5/PM10: 0.63 > 0.36, PM1/PM10: 0.53 > 0.24, PM1/PM2.5: 0.79 > 0.62), (NS: PM2.5/PM10: 0.60 > 0.44, PM1/PM10: 0.40 > 0.27, PM1/PM2.5: 0.61 > 0.56), (IS: PM2.5/PM10: 0.67 > 0.44, PM1/PM10: 0.56 > 0.32, PM1/PM2.5: 0.78 > 0.67), (SD: PM2.5/PM10: 0.55 > 0.38, PM1/PM10: 0.47 > 0.26, PM1/ PM2.5: 0.82 > 0.59), (SI: PM2.5/PM10: 0.74 > 0.50, PM1/PM10: 0.64 > 0.38, PM1/PM2.5: 0.87 > 0.72). 이와 같은 결과로 미루어 볼 때 실내의 PM2.5와 PM1 같은 미세입자의 농도변화는 내부 발생원보다는 외부 대기질에 의한 영향이 큰 것으로 판단된다. 또한 I / O ratio 분석결과 모든 초등학교에서 PM2.5, PM1보다 PM10의 I / O ratio 값이 높게 나타나는 것을볼 수 있다. SD를 제외한 4개 초등학교에서 PM10의 I / O ratio 1보다 큰 값을 나타냈는데(BB: 2.21, NS: 1.67, IS: 1.73, SI: 1.17) 이는 실내의 PM10 농도가 실외보다 높다는 것을 의미하며 이는 실내 재실자의 활동도가 PM10의 농도에 영향을 미쳤다고 판단되며 Yang et al. (2015)의 선행 연구와 유사한 결과를 보였다. 그러나 본 연구에서는 창문 개폐 유무 및 공기청정기 가동과 같은 다른 환경인자에 대한구체적인 분석이 수행되지 않았기 때문에 그 한계성이 있다. 따라서 향후보다 신뢰성 있는실외 미세먼지가 실내 미세먼지에 미치는 영향을 평가하기 위해서는 다양한 인자를 종합적으로 고려한 분석이 진행되어야 할 것이다.

Table 3. I/O ratio and PM ratio of elementary school.

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3) 초등학교 실내외 미세먼지의 상관분석

초등학교 실내의PM10, PM2.5, PM1에 대하여 실외 PM10, PM2.5, PM1이 얼마나 많은 영향을 미치는지를 평가하기 위하여 상관분석을 진행하였다. 상관분석을 수행함에 있어 데이터의 왜곡 및 편향 등의 문제를 해결하기 위하여 1분 단위로 측정된 미세먼지 데이터에 추가적으로 10분, 60분 단위로 평균을 내어 사용하였다. 각 초등학교의 1분, 10분, 60분에 대한 상관분석의 결과 값은 Fig.3~7에 도시하였다.

Fig.3은 BB의 시간 분석 조건에 따른 상관분석 결과를 나타낸 것이다. BB의 교실 내외PM10의 r2값은 1분 (0.04), 10분(0.07), 60분(0.38)으로 나타났다. PM2.5의경우 r2값은1분(0.53), 10분(0.56), 60분(0.63)로 나타났으며 PM1은 1분(0.58), 10분(0.60), 60분(0.47)로 나타났다. BB의 PM10은 60분 평균값을 기준으로 상관분석을 수행하였을 때 r2값이 0.38로 다른 학교들보다 높게 나타났는데, 이는 기상상황으로 실외 PM 측정을 실외가 아닌 복도에서 측정했기 때문에 다른 학교들에 비해 그 상관성이 높게 나타난 것으로 판단된다.

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Fig. 3. Correlation analysis between Indoor and Outdoor PM in BB.

NS의 시간 분석 조건에 따른 상관분석 결과를 Fig.4에 도시하였다. NS의 교실 내외PM10의r2값은1분(0.02), 10분(0.03), 60분(0.04)으로 나타났다. PM2.5의 경우r2값 은1분(0.02), 10분(0.02), 60분(0.02)로나타났으며PM1은 1분(0.44), 10분(0.44), 60분(0.4)으로 나타났다. 다른 초등학교들과 비교했을 때 NS의 PM2.5와 PM10의 상관성이 대체적으로 낮은 경향을 보이는데, 이는 NS의 교실 내 PM2.5와PM10은 주변 외기의 영향을 매우 적게 받은 것으로 볼 수 있다. 그러나PM1은PM2.5, PM10에 비해 주변 외기와 높은 상관성을 보이는 것으로 확인되었다.

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Fig. 4. Correlation analysis between Indoor and Outdoor PM in NS.

IS의 시간 분석 조건에 따른 상관분석 결과는 Fig.5에 나타냈다. IS의 교실 내외 PM10의 r2값은 1분(0.06), 10분 (0.07), 60분(0.10)으로 나타났다. PM2.5의 경우 r2 값은 1분 (0.70), 10분(0.71), 60분(0.78)로 나타났으며 PM1은 1분 (0.87), 10분(0.88), 60분(0.92)으로 5개 학교 중 가장 높게 나타났다. IS의 교실 내외 미세먼지 농도의 상관 분석결과, 입자가 큰 PM10보다 입자가 작은 PM2.5와 PM1의 상관성이 더 높은 것을 알 수 있었다. 이러한 분석결과는 담배연기 및 취사 등과 같은 PM2.5 이하 미세입자의 뚜렷한 발생원이 없는 학교 교실 내의 미세먼지 중 PM2.5  이상의 조대입자는 실외 미세먼지의 영향보다 재실자의 활동과 상관관계가 크다고 볼 수 있다. 특히PM1의 경우r2값이 0.87 이상으로 매우 높은 상관성을 가지는 것을 확인하였다. 이는 Fig.2에 나타낸 것처럼 IS의 측정기간 동안, 외기의 PM2.5와 PM1의 농도가 실내보다 대적으로 높게 나타나 영향을 받은 것으로 보인다. PM10 의 경우 실내 농도가 실외 농도보다 매우 높게 나타났기 때문에 상관성이 낮게 나타난 것으로 보인다.

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Fig. 5. Correlation analysis between Indoor and Outdoor PM in IS.

SD의 시간 분석 조건에 따른 상관분석 결과는 Fig.6에 도시하였으며,  SD의 교실내외PM10의 r2값은 1분 (0.0009), 10분(0.0004), 60분(0.04)으로 나타났다. PM2.5의 경우r2값은1분(0.40), 10분(0.44), 60분(0.58)로 나타났으며 PM1은 1분(0.39), 10분(0.41), 60분(0.51)로 나타났다. SD는 PM2.5와 PM1의 상관계수가 0.3~0.5 수준으로 다른 학교들과 비슷하게 나타났으나, 모든 시간조건에서  PM10의 교실 내·외 상관성이 다른4개의 학교에 비해 매우 낮게 나타났다. 게다가 PM10을 10분, 60분 기준으로 분류하여 상관성분석을 한 결과에서 선형회귀선의 기울기가 음의 값으로 변하는 것을 확인하였다. 이는 실내의 PM10이 실외의 어떠한 영향도 받지 않았음을 내포하는 결과로 볼 수 있다. 또한 선형회귀선의 기울기가 음의 기울기를 보이는 것은 데이터상으로는 외기의 PM10 농도가증가할때실내PM10의농도가감소했음을 나타낼 수 있다. 그러나 이와 같이 음의 기울기 값이 나타나는 이유는 1분 단위로 생성된 데이터를 무리하게 60분으로 보정하다 보니 실내에서 학생 활동과 같은 활동도에 따른 미세먼지 농도의 변화 등이 자료 분석에 있어서 적절히 반영되지 않는 것으로 판단된다. 따라서 실내외 미세먼지의 상관분석을 수행하는데 있어서 외기가 고농도를 보일 때 창문의 개폐 유무나 실내 환경인자에 대한 추가적인 분석이 수행되어야 하며, 데이터를 통계분석하는데 있어서 시간 분석시에 시간 설정의 중요성을 나타내고 있다.

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Fig. 6. Correlation analysis between Indoor and Outdoor PM in SD.

SI의 상관 분석 결과를 Fig.7에 제시하였다. SI의 교실 내외 PM10의 결정계수(r2) 값은1분(0.03), 10분(0.04), 60분(0.07)으로 나타났다. PM2.5의 경우, r2값은 1분(0.36), 10분(0.38), 60분(0.49)로 나타났으며, PM1은1분(0.38), 10분(0.40), 60분(0.51)로 나타났다. 거대 입자인 PM10보다 미세입자인 PM2.5와 PM1의 상관성이 더 높게 나타났으며, Fig.2의 SI의 실내외 미세먼지의 평균 농도를 분석한 결과를 보면 SI의 실외평균 농도가 다른 4개 학교와 비교하였을 때 매우 높은 수준을 보였다. 그러나 상관계수의 수준이 0.3~0.5로 다른 학교들과 큰 차이를 보이진 않는다. 따라서 외기가 고농도를 보일때 실내외 상관 분석을 수행함에 있어 그 결과가 PM10보다 PM2.5와 PM1 의 상관성이 더 높게 나타날 수 있으나, 창문 및 다른 환경인자로 인해 그 결과를 분석함에 있어서 어려움이 있을 수 있다. 따라서 실내외 미세먼지의 연구를 수행할 때 외기의 농도 상태 뿐만 아니라 창문 및 재실자의 실내활동과 같은 환경인자에 대한 영향도 고려해 주어야 한다.

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Fig. 7. Correlation analysis between Indoor and Outdoor PM in SI

5개 초등학교 교실 내외 미세먼지의  상관 분석을 수행한 결과, 대부분의 학교에서PM10의 상관성이 PM2.5와 PM1의 상관성보다 낮게 나타나는 것을 확인하였다. 이는 학교 실내에서 PM1~PM2.5의 발생원은 실외가 주원인이며, PM2.5~PM10은 학생들의 활동이 주원인이라는 Alshitawi and Awbi(2011)의 연구결과와 일맥상통한다. 또한 상관분석을 수행할때 10분, 60분의 평균값을 내어 수행하였는데 이때 대부분의 경우 60분 평균의 결과가 더 상관관계가 높게 나타났다. 그러나 60분을 기준으로 상관분석을 수행할 시 학교 내 학생들의 활동도와 같은 환경인자의 영향이 반영되기 어렵고,  1분(Rawdata)을 기준으로 상관분석을 수행할 시 갑작스러운 순간 농도의 오르내림으로 인하여 데이터의 왜곡 및 편향 등이 발생할 수 있음으로 이와 같은 연구를 수행할 시에는 적절한 시간 분석 조건을 먼저 설정하고 분석을 진행하는 것이 데이터의 분석의 오차를 최소화할 수 있을 것이다.

4. 결론

본 연구에서는 서울 지역 초등학교의 실내외 미세먼지의 농도를 측정하고, 측정된 실내외 미세먼지 농도의 평균값과 표준편차를 계산하여 학교별로 비교하였다. 그 결과PM2.5와 PM1의 농도는 모든 초등학교에서 실외의 농도가 실내보다 높게 나타났으며, PM10의 경우 뚜렷한 경향을 확인할 수 없었다. 이를 통해 PM10은 외부 대기질보다 내부 발생원의 영향이 더 강하다는 것을 알 수 있었으며, 실내 재실자의 활동도, 환기 유무, 공기청정기의 가동 유무에 따라 그 결과가 상이할 수 있으므로 다양한 환경인자에 대한 추가적인 분석의 필요성을 알 수 있었다. 추가적으로 PM ratio와 I / O ratio등의 통 계분석을 통해 다양한 환경인자가 실내외 미세먼지에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 이해하고자 하였으며, 그 결과 실내의 PM2.5와 PM1과 같은 미세입자는 내부 발생원보다 외부 대기질에 의한 영향이 큰 것으로 판단되며, PM10과 같은 조대입자는실내 재실자의 활동도가 영향을 미쳤다고 볼 수 있다. 또한 실내외 미세먼지의 상관분석을 통해 도출된 상관계수(r2)평가하여 실내외 미세먼지의 거동특성에 대해 알아보고 외기가 초등학교의 내기에 어떤 영향을 미치는지 알아보았다. 그 결과 외기가 고농도를 보일 때 실내외 미세먼지의 측정을 진행하여, 그 측정값을 상관분석에 사용할 경우 PM2.5와 PM1의 상관성이 높게 나타날 수 있으며 재실자의 실내 활동과 같은 환경인자에 대한 실내외 미세먼지의 연구를 수행할 때 외기의 농도 상태를 고려해 주어야 한다는 것을 알 수 있었다. 또한 측정 데이터를 60분 평균하여 상관분석에 사용하였을 때 상관계수의 값은 설명력이 더 높게 나타났으나, 실내 학생들의 활동도와 같은 환경인자의 영향이 반영되기 어려우며, 측정 데이터를 그대로 사용할 시 순간 농도의 오르내림으로 인해 결과의 왜곡 및 편향 등이 발생할 수 있음을 알 수 있었다. 본 연구의 결과는 초등학교의 실내외 미세먼지의 측정값을 가지고 통계분석만을 진행하였기 때문에 다양한 환경인자의 영향을 판단하기에는 그 한계점이 존재한다. 그러나 초등학교의 실내 미세먼지의 거동특성과 발생기원에 대하여 충분한 고찰을 제공할 수 있으며, 추후 학교와 같은 실내공기오염에 취약한 시설을 대상으로 실시간 측정 및 관리를 위한 기초자료로서 활용될 수 있을 것이다.

사사

이 성과는 정부(과학기술정보통신부, 교육부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(No. 2019M3E7A1113103).

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